仿生鳄鱼游动推进机制动力学分析

冯创新; 蒋建平; 白宏磊; 何俊轩; 曾钦; 卓志钦

doi:10.13471/j.cnki.acta.snus.2023B041

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仿生鳄鱼游动推进机制动力学分析

研究论文 | 更新时间：2024-01-25

- 仿生鳄鱼游动推进机制动力学分析
- Dynamical analysis of propulsive mechanism of bionic crocodile swimming in water
- 中山大学学报(自然科学版)(中英文) 2024年63卷第1期页码：113-120
- 作者机构：
  
  中山大学航空航天学院，广东深圳 518107
- 作者简介：
  
  冯创新（1998年生），男；研究方向：仿生结构与实验流体力学；E-mail：Fengchx5@mail2.sysu.edu.cn
  蒋建平（1979年生），男；研究方向：仿生结构设计与智能控制；E-mail：jiangjp8@mail.sysu.edu.cn
- 基金信息：
  
  深圳市高校稳定支持重点项目(GXWD20201231165807008;GXWD20200830220051001)
- DOI：10.13471/j.cnki.acta.snus.2023B041
  中图分类号： O352
- 纸质出版日期：2024-01-25，
  
  网络出版日期：2023-09-22，
  
  收稿日期：2023-06-13，
  
  录用日期：2023-07-04
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冯创新,蒋建平,白宏磊等.仿生鳄鱼游动推进机制动力学分析[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2024,63(01):113-120.

FENG Chuangxin,JIANG Jianping,BAI Honglei,et al.Dynamical analysis of propulsive mechanism of bionic crocodile swimming in water[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2024,63(01):113-120.
冯创新,蒋建平,白宏磊等.仿生鳄鱼游动推进机制动力学分析[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2024,63(01):113-120. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.2023B041.

FENG Chuangxin,JIANG Jianping,BAI Honglei,et al.Dynamical analysis of propulsive mechanism of bionic crocodile swimming in water[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2024,63(01):113-120. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.2023B041.

摘要

本文建立了鳄鱼水中摆尾游动的动力学模型，并利用Froude游动效率理论给出了鳄鱼推进效率的计算方法。结果表明：鳄鱼游动过程中，稳态平均游速随摆动频率、幅值和波长的增大逐渐增大。其中，增加摆动频率对提高游速的贡献最大，增加摆动波长的贡献最小；推力功率随着摆动频率、幅值和波长的增大逐渐增加，功率损耗也逐渐增加；当鳄鱼摆动频率为0.7 Hz、摆幅为0.2 m、波长为1.2 m时，游动效率达到最大为64%；游动效率随着

的增大，呈现先增大后减小的趋势，在

为3×10

时达最大值；游动效率随着

的增大而逐渐趋近于55%的稳定值。研究结果对研制仿鳄鱼机器人具有重要参考价值。

Abstract

The dynamics model of a swimming crocodile is established based on its kinematic model and Lighthill’s slender-body theory. Furthermore， the propulsion efficiency of a swimming crocodiles is calculated using Froude’s theory. The results show that the cruising velocity of the crocodile increases with the increase of the tail’s swinging frequency， amplitude and wavelength.And，the increase of swinging frequency being the greatest contribution， the increase of swavelength being the least contribution. It is also observed that the thrust power increases gradually with the increase of the tail’s swinging frequency， amplitude and wavelength. When the oscillating frequency is 0.7 Hz， the oscillating amplitude is 0.2 m and the wavelength is 1.2 m， the thrust efficiency is up to 64%. The thrust efficiency increases first and then decreases with the increase of

， and reaches the maximum value when the

is 3×10

， gradually approaching the constantvalue of 55% with the increase of

. The results provid an valuable reference for the development of a crocodile-like robot.

关键词

仿生鳄鱼摆尾推进动力学建模游动效率

Keywords

bionic crocodilewagging thrustdynamics modelingswimming efficiency

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